IOFFSHORE I ISCHADEBEZWIJKEN VAN HETPLATFORM SLEIPNER A*Prof.Dr.-Ing.Drs.h.cJ.schla?eh en Dr.-Ing.I{.-H.Reineck, Universit?t Stuttgart, Institut f?r Tragwerksentwurfund-konstruktionOp 23 augustus 1991 hrak in de Gandsfjord hij Stavanger een cellenwand van hetbetonnen platfonn Sleipner A bij beproeving van het afzinken, enige dagen voordathet dek drijvend zou worden aangebracht. Het lek was zo groot, dat het platfonnbinnen 18 minuten zonk. De op het platfortn aanwezige personen konden dit tijdigverlaten.In dit artikel wordt ingegaan op de oorzaken van de schade en wordt alscotntnentaar gegeven dat dit schadegeval duidt op probletnen en gebreken vanfundatnentele aard, zowel in nortnen als in de praktijk.Het platform implodeerde tij-. dens het zinken waarschijnlijkvolledig, voordat het met eenklap op de zeebodem terecht kwam ener een puinhoop overbleef [1]. De klapwerd door verschillende seismologischestations geregistreerd, waaruit eenkracht van ongeveer 3 op de schaal vanRichter kon worden teruggerekend.Over de oorzakenvande schade is gepu~bliceerd in [2] alsmedein [1] onderdeti-tel 'Van ingenieurskathedraal tot beton-puin'. In dit artikel worden deze publi-katies samengevat en van commentaarvoorZien.*Overgenomen uit Beton und Stahlbeton 1993,nr. 1 en vertaald door ir.W.C.Dees.SchadegevalZoals gebruikelijk was de betoncon-structie ontworpen als Condeep-plat-form, voor eenwaterdieptevan 82 m [3].De constructie bestond uit 24- cellen envier schachten, met een totale hoogtevan 110 m (fig. 1). In figuur 2 is de liggingvan de cellen, met een diameter Van 24-m, weergegeven, alsmede de zogenaam-de 'tricellen' (detail A). Deze tricellenwaren aan de bovenzijde open en wer-den belastdoor de totalewaterdruk, ter-wijl de 24 cellen slechts gedeeltelijk metballast en water waren gevuld. Ook wasboorschacht D 3 naast tricel T 23 leegom de opwaartse druk onder het plat-form te verzekeren, zodat op het mo-mentvan de breuk op deze cel een over-druk van 0,67 MPa (67 m waterkolom)werkte.Uit de interne onderzoeksresultatenvan de aannemer Norwegian Contrac-tors en de opdrachtgever STATOIL ble-ken twee hoofdoorzaken voor het be-zwijken van de tricel:- een fout in de eindige-elementenme-thode;- gebrekkige wijze van wapenen in deknooppunten van de celwanden.De berekening en dimensionering vanhet platform, alsmede het bepalen vande ligging van de wapening waren ge-heel met de computer uitgevoerd. Despanningen en groothedenvan de door-Cement 1993 nr. 51 Platform Sleipner A2 Verticale en horizontale doorsneden over het platform;detail trieel43IOFFSHORE ISCHADE4 Modellering tricelT-Headed Bar0/5 k9975 j\!l[: 1007 ~ 70Wapening knooppunt tricel3Eindig-elemente1l1l1odel voor eenkwart van de constructie5025c170I. BOD .1sneden waren bepaald met de eindige-elementenmethode, waarbij was uitge-gaan van een lineair-elastisch mate-riaalgedrag.In figuur 3 is het globale eindige-ele-mentenmodel voor een kwart van deconstructie weergegeven [1]. Het detailA (fig. 2) werd gemodelleerd volgens fi-guur 4. Ditmodelvoor de tricel iszo on-gunstig, dat de doorsnedegrootheden inde wanden aanzienlijk onderschat wa-ren, bijvoorbeeld de dwarskracht metcirca 45%. Wat de wapening betreft wa-ren in het bijzonder de hoeken van detricel, die zichdoor de waterdrukwillen'vergroten', volkomen ontoereikend ge-wapend (fig. 5). De zogenaamde 'T-hea-ded bar' is veel te kort; [1] zegt hierover:'Een ervaren constructeur zou, zonderlang nadenken, de staafaan beide zijdentot in de drukzone verlengen.' Boven-dien ontbreken in het bezwijkgebiedbeugels in de wanden, die op andereplaatsen wel en bij andere platformenook altijd werden aangebracht.Volgens [1,2] wordt het in figuur 6 aan-gegeven verloop van het bezwijken alswaarschijnlijk gezien: achter de veran-kering van de 'T-headed bars' ontstaanscheuren, die zich voortzetten in hetknooppunt, waardoor de cellenwandbreekt.44De auteurs van dit artikel konden ach-teraf in hun uitvoerige expertise dezeconstatering alleen nog bevestigen enverder onderschrijven.CommentaarOp het eerste gezicht gaat het om eenduidelijke fout, want reeds uit een een-voudige evenwichtsbeschouwing (fig. 7)en vooral uit een eenvoudig staafwerk-model voor het knooppunt van de tricel(fig. 8)blijkt dat elke celwand met de te-genoverliggende moet worden verbon-den.Kunnen nu echter ontwerpers vandraagconstructies, uitvoerders vanOurchbiegung... (~". Betonabplatzungenund abgeknickteBewehrungsst?be6 Breukverloop in knooppunt tricelbouwwerken en opstellers van normenin welk land dan ook, terecht met eenzuiver geweten zeggen dat 'ons dat nietkan gebeuren'? Het Noorse kwaliteits-borgingssysteemgeldt tochals 'legenda-risch' [1] en ditsoortbouwwerken kreegtoch internationale waardering [4]?Als op deze wijze, ondanks jarenlangeervaring en de verzamelde know-howvan alle betrokkenen, ondanks, respec-tievelijk juist ten gevolge van kostbareeindige-elementenmodellering van detotale constructie, gevolgd door auto-matische verwerking van de resultatenendimensionering, alsmede tenslotteondanks inachtneming van de meest re-centestand van kennis en normen zo'nernstige schade kan optreden, dan wijstdit op problemen en gebreken van fun-damentele aard, die toch echt reden totnadenken vormen.Op het IABSE-colloquium 'StructuralConcrete' in april 1991 in Stuttgart [5]werden juist dergelijke fundamentelevragen uitvoerig besproken en in eeneindverslag samengevat [6]. In het bij-zonder hebben de volgende van de in 20punten opgestelde conclusies en eisenbetrekking op de oorzaken van het be-zwijken van het Sleipner-platform:7. 'De grootste aandacht van de ontwer-pers van draagconstructies moet ge-Cement 1993 nr. 58 Staafurerkmodel tricel7 EvenwichtsbeschC:lUwing tricel/ I1------1 \.richt zijn op het bijzonder zorgvuldigbeschouwen van het gedrag van detotale constructie ... en op het gunstigbe?nvloeden van de krachtsverdelingin de constructie door het ontwerp.'Een onbevooroordeelde waarnemervraagt zich afwat het nut eigenlijk isvan de zo ongunstig belaste tricels.9. 'Schade aan bouwwerken laat zeernadrukkelijk zien, dat de standzeker-heid en deugdelijkheid van draag-constructies zeer sterk afhangt vaneen zorgvuldige dimensionering enconstructieve uitwerking, in het bij-zonder van gebieden met disconti-nu?teiten in geometrie en belasting(D-gebieden) envanknooppunten....'In alle normen wordt hiermee nogonvoldoende rekening gehouden,ook in de nieuwe Eurocode 2. Optel-ling van alle constructieve regels envoorschriften voor het ontwerpenvan de wapening levert nog geen di-mensioneringsconcept op voorD-gebieden.10. 'In allefasen van de berekeningen dedimensionering moet de gekozendraagconstructie, respectievelijk hetgekozen berekenings- en dimensio-neringsmodel zowel geheel, partieelals in detail worden nagegaan, omzeker te zijn van het gedrag van deconstructie.'Kennelijk was geen parti?le bereke-ningvan de tricel gemaakt, laatstaaneen detailberekening en -dimensio-nering van de knooppunten.11. 'Deaan de toe te passenberekenings-methode te stellen eisen moetenzorgvuldigworden afgewogen tegende berekeningsaannamen en de ge-wenste resultaten....speciale aan-dacht moet worden besteed aanCement 1993 nr. 5doelmatige modellen, die het gedragvan de draagconstructie aanschou-welijk maken en niet onnodig ge-compliceerd zijn,.dochdewerkelijkeoorzaak van bezwijken laten zien.'Een kostbare berekening van het to-tale platform met een eindig-ele-mentenrnodel is niet voldoende alsbasis voor de berekening en dimen-sionering, vooral omdat .deze in hetalgemeen, zoals ook bij SleipnerA, isgebaseerd op lineair-elastisch mate-riaalgedrag. De knooppunten enverankeringen moeten in ieder gevalafzonderlijk worden beschouwdmet behulp van staafwerkrnodellen.Bovendien kunnen de reusachtigehoeveelheden gegevens, ondanksnog zo'n goede verwerking, nauwe-lijks tot de aanschouwelijke en over-zichtelijke resultaten leiden zoals bijhandberekeningen en eenvoudigemodellen het geval is, die overigensten minste bij het ontwerpen en alscontrole zouden moetenworden ge-maakt.12. '... Voor de dimensionering moetenbijzonder aanschouwelijke model-len worden gebruikt, die hetkrachtsverloop duidelijk maken.'Een lineair-elastische spanningsbe-rekening is niet geschikt voor de be-paling van het krachtsverloop in enhet constructieve gedrag van ge-scheurde D-gebieden, zoals de zich'vergrotende' hoek van de tricel. Be-kende en in normen vastgelegdeconstructieve regels voor het wape-nen kunnen niet alle in de praktijkvoorkomende gevallen afdekken.Daarentegen bieden staafwerkrno-dellen een consistent dimensione-ringsconcept, ook voor D-gebieden.De oorzaken van het totale verlies vanhet Sleipner-platform benadrukken debetekenis van de slotconclusies.Literatuur1. Far?yick, E, Von der Ingenieurkathe~drale zum Betonschut (uit het Noorsvertaald door I.Hast?). Technisches W?-chenblatt 138, nr. 38, 24 okt. 1991.2. Jakobsen, B., The loss ofthe SleipnerA platform. Proceedings ofthe 2nd Int.Offshore and PolarEngineering Confe-rence, San Francisco, 14~19 June 1992,Vol. 1, blz. 1-8.3. Gudmestad, O.T.G. en Coker,JWA.,The Sleipner Platform: an efficient gasand condensate installation. SPE-Euro-peen Petroleum Conference, London1988, blz. 111-126.4. HP: ?lplattform Gullfaks C. Beton-und Stahlbetonbau 86, 1991, Heft 6, blz.139-140.5. lABSE-Colloquium Stuttgart 1991:Strucrural Concrete.lABSE Report Vol.62, blz. 1-872, Z?rich 1991.6. lABSE-Colloquium Stuttgart 1991:Structural Concrete -Summarizing sta-tement.ln:- StructuralEngineeringInternational, Vol.1 (1991), nr. 3, blz. 52-54;- Concrete International 13 (1991), nr. 10,blz. 74-77;- PCI-journal36 (1991), blz. 60-63;en: IVBH-Kolloquium 'Konstruktions-beton' - Schlu!1bericht.ln:- Beton- und Stahlbetonbau 86 (1991),Heft 9, blz. 228-230;- Bautechnik 68 (1991), Heft 9, blz. 318.- Schweizer Ingenieur und Architekt, 36,sept. 1991;- Zement und Beton 1991, Heft 4.45